3.1 Dreiing og fresing

Å forme ved å fjerne

De fleste produkter du former, lager du ikke ved å bygge opp, men ved å fjerne -- spon for spon. Sponformende bearbeiding er prosesser der et skjærende verktøy tar bort materiale i form av spon, og det er selve grunnlaget for moderne maskinering. Med det kan du oppnå utrolig nøyaktige dimensjoner ned til tusendels millimeter, skape komplekse geometrier, lage glatte overflater og bearbeide selv harde materialer.

Grunnprinsippet er enkelt: når et verktøy med en bestemt geometri presses inn i arbeidsstykket med nok kraft, skjæres materialet av og danner spon. Hvordan sponen ser ut, forteller deg om hva som skjer. Sprø materialer gir korte lamellspon, seige materialer gir lange, sammenhengende flikspon, og støpejern gir fine smulespon. En erfaren maskinist leser sponen som en bok.

Tre parametere styrer skjæringen, og du må kjenne alle. Skjærehastigheten ($v_c$), målt i m/min, er hvor fort verktøyet beveger seg i forhold til materialet -- for høy gir slitasje og varme, for lav gir dårlig overflate. Matingen ($f$), målt i mm per omdreining eller per tann, er hvor mye verktøyet forflytter seg, og den påvirker både overflateruhet og produktivitet. Og skjæredybden ($a_p$), målt i mm, er hvor dypt verktøyet skjærer inn, begrenset av maskinens kraft og verktøyets styrke. Disse tre tallene gjenkjenner du på hver eneste maskin i resten av kapittelet.

Dreiebenken og turtallsformelen

Den mest grunnleggende verkstedmaskinen er dreiebenken, og kjennetegnet er at det er arbeidsstykket som roterer mens verktøyet står stille eller beveger seg lineært. Det gjør dreiebenken ideell for alt som er rundt -- aksler, tapper, bøssinger.

La oss bli kjent med maskinen. Spindelstokken inneholder hovedspindelen og drivverket og holder chucken -- spennfutteret. En 3-bakket chuck er selvsentrerende for runde emner, mens en 4-bakket chuck har uavhengige baker for uregelmessige former. I motsatt ende sitter pinoldokken, som holder en senterspiss for lange emner eller kan ta bor. Sleden og tverrsleden bærer verktøyholderen og gir bevegelse på langs og på tvers, med skalainndelinger for nøyaktig innstilling. Med dette utfører du operasjoner som plandreining av endeflaten, lengdedreining for å redusere diameteren, boring i sentrum med boret i pinoldokken, og sporstikking av smale spor.

Det viktigste du regner ut, er turtallet. Du velger en skjærehastighet etter materiale og verktøy, og finner turtallet fra $\displaystyle n = \frac{v_c \cdot 1000}{\pi \cdot D}$, der $n$ er turtall i rpm, $v_c$ er skjærehastighet i m/min, og $D$ er diameteren i mm. Si du skal dreie en Ø40 mm stang i lavkarbonstål med hardmetallverktøy, og velger $v_c = 200$ m/min. Da blir $\displaystyle n = \frac{200 \cdot 1000}{\pi \cdot 40} \approx 1592$ rpm, og du velger nærmeste tilgjengelige turtall, 1600 rpm, med en mating på rundt 0,2 mm per omdreining for grovbearbeiding. Et knallhardt råd til slutt: fjern alltid chuck-nøkkelen før du starter -- en glemt nøkkel blir til et farlig prosjektil.

Fresemaskinen og matehastigheten

Der dreiebenken roterer emnet, gjør fresemaskinen det motsatte: her roterer verktøyet -- fresa -- mens arbeidsstykket holdes fast på et bord som kan bevege seg i flere akser. Det gjør fresing perfekt for flate, prismatiske og komplekse former. Den vanligste typen er vertikalfresen med spindelen stående, allsidig til planfresing, slissing og boring. Horisontalfresen har spindelen liggende og er kraftig for lange emner, mens universalfresen kombinerer begge.

Forskjellen på dreiing og fresing er verdt å huske: ved dreiing roterer emnet og snittet er kontinuerlig, ved fresing roterer verktøyet og snittet er avbrutt fordi hver tann går inn og ut. Med fresa kan du planfrese flate flater, omkretsfrese vertikale flater, slisse spor, lommefrese hulrom, og med CNC og kulefres lage 3D-former.

Turtallet finner du med samme formel som før, $\displaystyle n = \frac{v_c \cdot 1000}{\pi \cdot D}$, men nå er $D$ fresediameteren. I tillegg må du regne ut matehastigheten, fordi fresa har flere tenner: $v_f = f_z \cdot z \cdot n$, der $v_f$ er matehastighet i mm/min, $f_z$ er mating per tann, og $z$ er antall tenner. Skal du planfrese aluminium med en Ø50 mm fres med 5 tenner i hardmetall ved $v_c = 400$ m/min, blir $\displaystyle n = \frac{400 \cdot 1000}{\pi \cdot 50} \approx 2546$ rpm, og med $f_z = 0{,}2$ mm blir $v_f = 0{,}2 \cdot 5 \cdot 2546 \approx 2546$ mm/min. Til slutt et viktig valg: ved motløpsfresing roterer fresa mot matebevegelsen, snilt mot eldre maskiner, mens medløpsfresing (climb) roterer med matebevegelsen, gir bedre overflate, men krever en spillfri maskin og foretrekkes på CNC.

Oppsummering

Sponformende bearbeiding former metall ved å fjerne spon med et skjærende verktøy, styrt av tre parametere: skjærehastighet $v_c$, mating $f$ og skjæredybde $a_p$. Spontypen avslører materialet og skjæreforholdene.

På dreiebenken roterer emnet mens verktøyet beveger seg, ideelt for runde deler, og turtallet finner du med $\displaystyle n = \frac{v_c \cdot 1000}{\pi \cdot D}$. På fresemaskinen roterer verktøyet mens emnet holdes fast, perfekt for flate og komplekse former, og her må du i tillegg regne matehastigheten $v_f = f_z \cdot z \cdot n$. Du velger mellom motløps- og medløpsfresing etter maskin og ønsket overflate. Felles for begge maskiner er at riktig beregnede parametere -- og enkel maskinsikkerhet som å fjerne chuck-nøkkelen -- er forskjellen på et godt og et mislykket arbeidsstykke.